Animirana svetloba razpoloženja in nočna svetloba: 6 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Ker me je fascinirala meja obsedenosti s svetlobo, sem se odločil ustvariti izbor majhnih modularnih tiskanih vezij, ki bi jih lahko uporabili za ustvarjanje svetlobnih zaslonov RGB katere koli velikosti. Ko sem naredil modularno tiskano vezje, sem naletel na idejo, da jih razporedim v šesterokotnik, da ustvarim 3D zaslon, ki bi ga lahko uporabili za ustvarjanje česar koli, od preproste nočne luči v spalnici do svetilke razpoloženja, ki ne bi bila preveč na mestu, ki je sedela na mizi v vrhunski restavraciji.

Seveda bi lahko z istimi načeli ustvarili tudi druge oblike.

Tu je nekaj animacij, ki se trenutno izvajajo na luči.

• Požar
• Dež
• Kača (retro)
• Igra življenja
• Nihanja valovne oblike
• Svetilnik
• Spinning vzorci (brivnica)

Luč je trenutno ustvarjena v dveh velikostih - majhni (96 LED) in veliki (384 LED), vendar jo je mogoče po potrebi povečati.

Zaloge

WS2812B LED diode - AliExpress

PCB - ALLPCB

3 mm črna lasersko rezana plastika - dobavitelj plastičnih listov

Bela nit za 3D tiskanje - Amazon

Elektronske komponente - Farnell / Newark

Vijaki M3 in distančniki z navoji - Amazon

Spajkalnik

Toaster Pečica - Sestavljanje sestavnih delov za površinsko montažo

1. korak: plošče PCB

Na začetku potovanja sem si želel vrsto majhnih tiskanih vezij, ki bi lahko gostile številne LED slikovne pike in bile združene na zelo preprost način brez potrebe po dodatnih žicah ali priključkih. Pripravil sem zelo preprosto zasnovo, ki je omogočala, da so LED diode WS2812B povezane skupaj in nato verigo prenesle na naslednjo tiskano vezje.

Ustvaril sem tri tiskane vezje z naslednjimi dimenzijami slikovnih pik.

• 1 x 8 - 9 mm x 72 mm
• 4 x 4 - 36 mm x 36 mm
• 8 x 8 - 72 mm x 72 mm

Za ta projekt se za ustvarjanje luči uporabljajo le plošče 4x4 in 8x8.

Svetleče diode so razporejene v mrežo 9 mm v dimenzijah X in Y, kar je precej tesno povezano, vendar ob upoštevanju robnih priključkov tiskanega vezja zagotavlja dovolj prostora za delo. PCB -ji so ustvarjeni tako, da se ob združitvi ohrani LED -mreža 9 mm. PCB -ji so preprosto povezani skupaj s pretokom spajkanja z ene plošče na drugo.

Vsaka LED ima svoj 100nF kondenzator za električno ločevanje in za napajanje LED na zahtevo.

Prikazana je shema plošče s 4 x 4 slikovnimi pikami skupaj z zgornjimi bakrenimi in spodnjimi bakrenimi plastmi, ki ponazarjajo postavitev LED in postavitev robnega priključka. Na sitotisk so bile dodane oznake, da je bila očitna smer prenosa podatkov med priključki.

Plošče imajo tudi pritrdilne luknje M3 na nagibu 18 mm do 18 mm za poenostavitev montaže in krepitev povezav med ploščami.

Dodajanje lasersko izrezane 3 mm mlečno bele akrilne pločevine, kot je prikazano, zagotavlja lep razpršen učinek LED.

Plošče so bile izdelane z nanašanjem spajkalne paste na spodnje bakrene ploščice za pritrditev s pomočjo šablone. Nato sem sestavine položil na ploščo in preveril njihovo pravilno orientacijo, preden sem jih spekel v opekaču za opekač, da steče spajkanje. To vrsto izdelave nizkocenovnih PCB -jev DIY sem obravnaval v več svojih drugih zgradbah Instructables.

Opozorilo - NE uporabljajte nobene pečice, ki se uporablja za živila za kuhanje PCB -jev, saj lahko to povzroči kontaminirano hrano. Toaster za PCB sem dobil za 10 funtov (15 dolarjev) na eBayu.

2. korak: Nadzirajte tiskano vezje

Ko sem naredil LED, sem si želel možnost upravljanja LED z mikrokrmilnikom. Začel sem uporabljati Arduino nano in to je delovalo odlično, vendar sem želel svetlobi dodati še nekaj funkcionalnosti, kar je postajalo vse bolj nerodno vdreti v ploščo Arduino. Zato sem se odločil ustvariti drugo tiskano vezje po meri, ki bo poganjalo svetlobo.

Tu je nekaj funkcij, ki sem jih dodal nadzorni plošči.

• Hitrejši mikrokrmilnik z več ROM -a in RAM -a.
• FET logične ravni, ki mi omogoča globalni vklop in izklop LED - uporabno pri vklopu in pri nizki porabi energije.
• Visokohitrostni medpomnilnik za pretvorbo signala 3V3 iz mikrokrmilnika v 5V za pogon LED.
• Preklopite, da uporabniku omogočite nadzor luči.
• Foto tranzistor - za prilagoditev svetlosti LED glede na raven svetlobe v okolici.
• Nadzor napajanja - zagotoviti, da nismo poskušali potegniti več toka, kot ga lahko zagotovi napajalnik.
• Priključek Bluetooth - HC05/HC06.
• Priključek WIFI - ESP8266.
• Priključek I2C.
• Prihodnji razširitveni priključek.

Prikazana je shema plošče ter zgornji in spodnji sloj bakra. V priloženem dokumentu BillOfMaterials so navedene komponente, ki sem jih namestil na krmilno vezje.

Svetlobni senzor je pri oblikovanju precej pomemben, saj lahko svetlost LED -diod WS2812B zelo hitro postane preveč na pogled in celo boleča pri polni svetlosti. Svetlobni senzor omogoča samodejno prilagajanje svetlosti LED, kar pomeni, da je na zaslon vedno prijetno gledati. Živahno v svetli sobi, osvetljeni s soncem, a vseeno udobno za gledanje kot nočna luč v zatemnjeni sobi.

Spet za izdelavo plošče smo spajkalno pasto nanesli s šablono, sestavne dele ročno položili s pinceto in nato spekli v moji zanesljivi opekači za kruh.

PCB se napaja prek 5 V DC napajalnika, ki lahko pride neposredno iz napajalnika ali prek 2A vtičnice za polnilnik USB.

Prikazan je tudi moj prejšnji poskus uporabe Arduina.

3. korak: 3D natisnjeno okostje

Sprva sem se igral z uporabo lasersko rezanih plastičnih plošč kot difuzorjev, vendar je to pustilo precej grdo vrzel med vsako od plošč. Na koncu sem 3D natisnil okoliški difuzor, saj mi je to omogočilo, da sem ustvaril lep brezšivni ovoj za šest LED PCB. Dovolil mi je tudi, da sem močno zmanjšal debelino difuzorja, kar zagotavlja veliko ostrejši celoten prikaz.

V notranjosti je šest LED PCB -jev povezanih skupaj s 3D tiskanim okostjem. To okostje gre v različne luknje M3 na tiskanih vezjih zaslona, ki jih držijo v lepem šesterokotnem vzorcu.

Okvir 3D natisnjen ima tudi luknje, ki omogočajo namestitev nadzornega tiskanega vezja blizu zgornje plošče za lasersko rezanje, kar omogoča, da je stikalo dostopno in da svetlobni senzor dobro odčita raven svetlobe v okolici.

Ko so plošče nameščene med ogrodjem in difuzorjem, lahko plošče enostavno spajkam skupaj s spajkanjem med priključnimi ploščicami na tiskanem vezju. Začnem z dodajanjem spajka na najbolj oddaljeno blazinico in nato zasučem luč na njenem robu, da gravitacija pomaga pri pretoku spajkanja na sosednjo blazinico. Ponovite za tri povezave in se nato pomaknite na naslednjo povezavo do plošče. Pri šestem spoju med tiskanimi vezji priključim samo napajalne in ozemljitvene tirnice, pri čemer podatkovna povezava ni povezana. To zagotavlja dve krožni tokovni poti za vsako ploščo, ki zbira svojo moč, podobno kot obroč deluje za notranje omrežno ožičenje vaše hiše.

3D -tiskalnik uporablja tudi nekaj distančnikov, ki omogočajo, da se zgornja in spodnja lasersko izrezane plošče lepo držijo na svojem mestu.

Datoteke 3D tiskalnika so bile oblikovane s programom Sketchup, vir pa je priložen.

4. korak: lasersko rezanje vrha in dna

Laserski rezani deli so zelo preproste oblike šesterokotnikov z luknjami na pravem mestu za pritrdilne vijake.

Zgornja plošča ima majhno luknjo za svetlobni senzor in drugo večjo luknjo za potisno stikalo. Spodnja plošča ima luknjo za napajalni kabel USB in dve majhni luknji, ki omogočata uporabo vezalnega traku za razbremenitev kabla.

Risbe za te dele so vključene v datoteko Sketchup v prejšnjem koraku.

5. korak: Vdelana programska oprema

Za svoj glavni mikrokrmilnik sem izbral napravo PIC24FJ256GA702, ki z notranjim oscilatorjem deluje dokaj hitro do 32 MHz in ima na voljo tone programskega pomnilnika in RAM -a za ustvarjanje lepih animacij.

Za razvoj vdelane programske opreme sem uporabil Flowcode, saj mi je omogočal simulacijo in razhroščevanje kode, kar je pomagalo ustvariti lepo učinkovito kodo, ki deluje z veliko hitrostjo. Flowcode je na voljo brezplačno, popolnoma odklenjen 30 dni, nato pa se lahko odločite za nakup ali pa se preprosto znova prijavite na preskus. Ima tudi lepo spletno skupnost, ki se je pripravljena vključiti in mi pomagati, če na poti udarim o kakšno steno. Če bi to rekli, bi lahko vso programsko opremo izdelali z uporabo Arduino IDE ali podobnega, bi le izgubili sposobnost simulacije.

Uporabil sem PICkit 3 za programiranje PIC-a na svojem krmilnem tiskanem vezju. To je mogoče integrirati v Flowcode, tako da z enim klikom miške zbira in programira prek PICkita, podobno kot gumb za prenos v Arduinu.

Mikrokrmilnik, ki sem ga izbral, ni imel vgrajenega EEPROM-a, kar je sprva predstavljalo težavo, saj sem želel shraniti trenutno izbrani način animacije. Vseeno je imel uporabniško programiran flash pomnilnik, zato sem to funkcijo lahko dosegel na krožen način.

Priložen je program Flowcode, ki sem ga ustvaril. Okno lastnosti vam omogoča, da izberete velikost uporabljene zaslonske plošče. 4x4 ali 8x8 in s tem nastavimo veliko parametrov, kot je število LED diod itd., ki nato poganjajo različne animacije, tako da se lahko en program uporablja v obeh velikostih zaslona.

Uporabniški vmesnik za luč je dokaj preprost. Pritisnite stikalo za manj kot tri sekunde in lučka se premakne v naslednji način. Preden se vsak način zažene, se na vsaki LED plošči prikaže indeks načina. Pritisnite stikalo za več kot tri sekunde in lučka ugasne. Z nadaljnjim pritiskom na stikalo se lučka ponovno prižge in vrne v prejšnji izbrani način. Zaradi izpada električne energije bo lučka nadaljevala s trenutnim delovanjem, ko bo napajanje ponovno vzpostavljeno, vključno s stanjem vklop/izklop.

Tu so različni načini animacije, ki jih svetloba trenutno lahko izvaja s trenutno vdelano programsko opremo.

1. Barvni razmaz - mešane barve v obročih
2. Igra življenja - simulacija, ki temelji na življenjski obliki
3. Predenje vzorcev - Animirani vzorci 2, 3 ali 4 barv
4. Generator valov - Barvni sinusni valovi
5. Fiksna barva - šest posameznih barvno vrtljivih plošč
6. Senca - animirane barve plošče Vse/Posamezno
7. Svetilnik - vrtljiva enojna plošča
8. Obroči - animirani vodoravni obroči
9. Požar - animirani požarni učinek
10. Dež - animirani učinek barvnega dežja
11. Ognjemet - animirani barvni ognjemet
12. Premik - animirani učinek drsenja
13. Snake - Animirane retro bitke s kačami
14. Kače - animirane vrtljive kače
15. Naključno - načini 1 do 14 s počasnim prehodom (približno 60 sekund)
16. Naključno - načini 1 do 14 s hitrim prehodom (približno 30 sekund)

Vsak način ima enega ali več naključnih elementov, vključno s hitrostjo animacije in drugimi parametri. Nekateri načini vsebujejo tudi naključne elemente, ki se lahko sčasoma premikajo ali spreminjajo, kar omogoča bolj dinamične animacije. Na primer, ogenj vsebuje naključno količino goriva, ki se doda vsakemu ciklu, ta količina ima fiksne zgornje in spodnje meje. Sčasoma se lahko te omejitve povečajo ali zmanjšajo, kar omogoča, da intenzivnost ognja napolni zaslon ali potone na le nekaj spodnjih slikovnih pik.

6. korak: Povezljivost

Krmilna plošča je na napajalnik priključena s kablom USB A ali kablom z vtičnico za enosmerni tok, ki ju lahko kupite po zelo nizkih cenah na spletnih mestih, kot je eBay.

Upravljalna plošča je priključena na nepovezano vtičnico na plošči zaslona z dostopnim robnim priključkom in standardnim 3-smernim servo trakom.

Zgornji in spodnji lasersko rezani plošči se nato držita v položaju z uporabo vijakov z glavo M3 in distančnikov z navojem M3.

Prihodnje nadgradnje

Možnost dodajanja Bluetootha in WIFI na nadzorno ploščo omogoča prihodnje nadgradnje, kot so posodobitve animacij in pametna integracija s stvarmi, kot je Amazon Alexa, prek spletnih storitev, kot je ITTT. To je nekaj, kar trenutno preiskujem.

Lepo bi bilo, če bi lahko nastavili barvo svetilke, način animacije ali celo prikazali besedilno sporočilo samo s pogovorom s svojim pametnim pomočnikom.

Hvala, ker ste si ogledali mojo zgradbo in upam, da sem vas navdihnil, da sledite mojim stopinjam ali ustvarite kaj podobnega.

Podprvak na tekmovanju Make it Glow